Yeni teori, kırmızı cücelerin etrafında Dünya benzeri, sulu gezegenlerin var olduğunu tahmin ediyor

Son zamanlardaki ötegezegen araştırması, genellikle yaşanabilir gezegenler olarak adlandırılan Dünya gibi ılıman kayalık gezegenlerin keşfine odaklandı. Son görevlerin çoğu güneşten daha soğuk yıldızları hedefliyor. Bu tür yıldızlar, güneş çevresinde çok sayıda bulunan kırmızı cüceler veya M-tipi yıldızlar olarak bilinir.

Bir gezegenin ılıman bir iklimi sürdürmesi için ılımlı güneşlenme ve yeterli miktarda deniz suyu gereklidir. Bununla birlikte, önceki gezegen oluşum modelleri, M-tipi yıldızların çevresinde bu tür koşulları sağlayan gezegenlerin oluşum oranının küçük olduğunu tahmin ediyor. Tokyo Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Tadahiro Kimura ve NAOJ Bilim Bölümü’nden Prof. atmosfer ve magma okyanusu.

Yeni bir gezegen oluşum modeli geliştirdiler ve böylece M-tipi yıldızların yörüngesinde dönen ötegezegenlerin sahip olacağı deniz suyu miktarlarını tahmin ettiler. Sonuç olarak, tahminleri, Dünya benzeri yarıçaplara ve M-tipi yıldızların etrafında dönen güneş ışınlarına sahip gezegenlerin yüzde birkaçının orta miktarda deniz suyuna sahip olduğunu gösteriyor. Bu, önümüzdeki on yılda ılıman iklime sahip gezegenlerin keşfinin muhtemel olduğunu gösteriyor. Araştırma sonuçları yayınlandı Doğa Astronomi 29 Eylül’de

1995’teki ilk tespitten bu yana, güneş dışındaki yıldızların (dış gezegenler) yörüngesinde dönen 5.000’den fazla gezegen tespit edildi. Bu kadar çok sayıda ötegezegenin tespiti, gezegen sistemlerinin evrende yaygın olarak bulunduğunu göstermiştir. Öte yandan, ötegezegenlerin büyüklük, bileşim, merkez yıldızdan uzaklık ve güneşlenme açısından çeşitlilik gösterdiği de ortaya çıktı.

Şu ana kadar tespit edilen gezegenler arasında Dünya büyüklüğünde çok sayıda gezegen bulunuyor. Bunlardan herhangi birinin Dünya gibi ılıman bir iklime sahip olup olmadığı büyük bir ilgi konusudur. Su, Dünya’daki yaşam için gereklidir, ancak su aynı zamanda iklimde de önemli bir rol oynar. Ilıman iklimlerin korunmasının, ılımlı miktarda yıldız radyasyonunun yanı sıra ılımlı miktarda su içeren bir okyanus gerektirdiği bilinmektedir.

Günümüz Dünyası, levha tektoniği ve kıtasal ayrışma ile karbon döngüsünün işleyişi nedeniyle sıcak bir iklimi koruyabilmektedir; okyanus suyunun miktarı Dünya’dakinden birkaç düzine kat daha fazla olsaydı, karbon döngüsü sınırlanacak ve aşırı sıcak veya soğuk bir iklime neden olacaktı.

Yaygın bir fikir, günümüz Dünya okyanuslarının su taşıyan kayalık veya buzlu cisimler tarafından teslim edildiğidir. Bu fikri M-tipi yıldızların etrafındaki ötegezegenlere uygulayan önceki çalışmalar, ılımlı su içeriğine sahip gezegenlerin nadir olduğu tahminine yol açtı; .

Öte yandan, biriken bir atmosferde su üretimi, Prof. Ikoma ve meslektaşı tarafından daha önceki araştırmalarda alternatif bir su edinme süreci olarak önerildi. Genel olarak, bir gezegen bir ön-gezegen diskinde büyürken, yerçekimsel olarak diskten gaz alır ve esas olarak hidrojenden oluşan bir atmosfer oluşturur.

Ayrıca, büyüyen gezegenin kayalık yüzeyinin, göksel etkilerin ısısı nedeniyle eridiği düşünülmektedir (bkz. Şekil 1); yani gezegen bir magma okyanusu ile kaplıdır. Şu anda, atmosferik hidrojen ile magma okyanusundaki oksitler arasındaki kimyasal reaksiyon, su üretmeye yol açar. Böyle bir su üreten reaksiyonun etkileri dikkate alındığında, geleneksel teorik modellerden daha zengin bir su gezegeni oluşturmak mümkündür.

Bir gezegen tarafından elde edilen sulu kaya miktarı ve su üreten reaksiyonlardan elde edilen su miktarı, büyük ölçüde gezegen oluşum sürecine bağlıdır. Bu çalışmada, Tadahiro Kimura ve Masahiro Ikoma, M-tipi yıldızların etrafındaki güneş dışı sistemlerdeki su gezegenlerinin sıklığını yeniden tahmin etmek için yeni bir gezegen popülasyonu sentezi modeli geliştirdiler.

Model, en son gezegen oluşum teorilerine dayalı olarak gezegenlerin kütlesel büyümesini ve yörüngesel evrimini takip ediyor ve süreçte elde edilen su miktarını hesaplayabiliyor. Önceden düşünülen sulu kayaçların edinilmesine ek olarak, model aynı zamanda ilkel atmosferde su üretiminin etkisini de içermektedir.

Bu modeli kullanan sayısal simülasyonlar, çeşitli konumlarda farklı boyutlarda ve atmosferik kütlelerde çok çeşitli gezegenlerin üretildiğini göstermektedir (bkz. Şekil 2). Yaşanabilir bölgedeki gezegenler için hesaplanan su içeriği Şekil 3’te gösterilmektedir.

Şekilde gösterildiği gibi, M-tipi yıldızların yörüngesinde dönen ötegezegenler, ilkel atmosferde su üretimi çalıştığında çok çeşitli miktarlarda su tutabilir. Bu gezegenlerden bazıları, Dünya’nınkine benzer miktarda deniz suyuyla oluşmuştur. Bu gezegenlerdeki deniz suyunun çoğu, atmosferik su üretimi yoluyla getirilir. Hesaplamalı verilerin analizi, gezegen yarıçapı Dünya’nınkinin 0,7 ila 1,3 katı olan gezegenlerin yüzde birkaçının ılıman iklimleri sürdürmek için yeterli miktarda su tuttuğu (Dünya’nın deniz suyu içeriğinin yaklaşık 0.1-100 katı) tahminine yol açmıştır.

TESS ve PLATO gibi devam eden ve gelecekteki ötegezegen keşif programlarında M-tipi yıldızların etrafındaki yaşanabilir bölgede yaklaşık 100 Dünya büyüklüğünde gezegenin tespit edilmesi bekleniyor. Bu çalışmanın sonuçları, bu gezegenlerin birçoğunun Dünya benzeri sıcak iklimlere sahip su gezegenleri olacağını tahmin ediyor.

Kızılötesi uzay teleskopları JWST ve Ariel tarafından ötegezegenlerin atmosferik spektrumlarının gözlemleri, atmosferdeki su moleküllerinin ve diğer elementlerin varlığını da ortaya çıkaracaktır. Bu gözlemlerin, bu araştırmanın teorik tahminlerini doğrulaması ve Dünya gibi su gezegenlerinin oluşum sürecinin daha iyi anlaşılmasına yol açması bekleniyor.